EP1297542B1 - Anordnung zur ausrichtung der magnetisierungsrichtung magnetischer schichten - Google Patents
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- EP1297542B1 EP1297542B1 EP01942944A EP01942944A EP1297542B1 EP 1297542 B1 EP1297542 B1 EP 1297542B1 EP 01942944 A EP01942944 A EP 01942944A EP 01942944 A EP01942944 A EP 01942944A EP 1297542 B1 EP1297542 B1 EP 1297542B1
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- G11B5/84—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing record carriers
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- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
Definitions
- the present invention relates to an arrangement for aligning the direction of magnetization of thin layers on disc-shaped substrates with a substrate holder for at least one substrate, which defines a positioning plane for the at least one substrate, and in which, on one side of the positioning plane, a magnet arrangement is provided. This according to the preamble of claim 1.
- the invention further relates to a vacuum coating apparatus according to the preamble of claim 18, a substrate having at least one magnetic layer according to that of claim 22, a method for producing substrates according to the preamble of claim 20 and a use of the arrangement according to claim 24.
- a magnetic anisotropy that has a DESIR distribution within and along the layer.
- a SOLAR distribution is often a uniaxial, i. kolineare magnetic anisotropy whose direction is fixed with respect to the substrate.
- From the DE-OS 43 12 444 is a procedure similar to that associated with the DE-OS 196 43 841 previously known, in which the distance between a radially disposed permanent magnet and the eccentrically rotatably mounted substrate can be adjusted.
- each coil pair has a common coil axis, and the coil axes of the two coil pairs are perpendicular to each other in the positioning plane of the substrate.
- the coil openings extend beyond the extent of the substrate.
- the use of large coils, the diameter of which is significantly greater than the dimension of the substrate therefore attempts to produce co-linear magnetic field lines over the entire area of the substrate as far as possible.
- the orientation of the magnetic field can be adjusted by appropriate selection of the coil currents.
- the magnet arrangement comprises at least three electromagnets whose dipole axes are at least approximately parallel to the positioning plane and, viewed perpendicularly to the positioning plane, span a closed surface.
- the dipole axes lie in a plane parallel to the positioning plane. Further, they prefer, in addition to, preferably, a regular n-corner, more preferably more than three electromagnets are provided, where n is the number of electromagnets.
- the electromagnets are formed by coils, which are wound on a common, the said surface wrap around magnetic core, thereby preferably on a common ring core.
- the tuning of the dipole quantities or amounts to the electromagnet is carried out in a first embodiment by providing coils which have at least partially different numbers of turns.
- the electromagnets are further connected to power generators, which charge them with DC and / or AC and / or DC with superimposed AC current. If AC current is used, possibly in superposition with DC current, then preferably with a frequency f, for which the following applies: 1 Hz ⁇ f ⁇ 100 Hz ,
- the desired anisotropy distribution in particular the desired anisotropy direction, can be achieved by reversing the currents applied to the electromagnetic coils.
- the electromagnets are connected to a power generator arrangement, whereupon the distribution of output currents to the electromagnet in at least two different distribution states can be switched. It is of course possible to define more than two current distribution states and to redirect the anisotropy direction practically in any direction from 0 ° to 360 ° in the positioning plane.
- distributing the output currents of the generators we mean the distribution of DC values or AC amplitude or mutual phase position of the currents, as they are generated at a given set of electromagnets.
- the strength of the dipoles is preferably chosen to be at least approximately proportional to a cos ⁇ function, where ⁇ is the polar position angle of the respective coil with respect to the axis of the toroidal core.
- the magnitudes of the dipoles mentioned are preferably designed according to the mentioned cos ⁇ function.
- the circle arrangement of the coils is taken into account, with a view to the Generation of a resulting collinear anisotropy.
- the anisotropy direction results in the direction of the line of intersection of the aforementioned plane of symmetry with the positioning plane.
- the angular position of said plane of symmetry about the toroidal axis is pivotable in predetermined angular positions and / or, in the range 0 ° to 360 °, preferably in steps, freely selectable.
- the magnet assemblies are arranged coaxially, are preferably the same, but with respect to this axis mutually by an angle, preferably of 90 °, twisted.
- a symmetry plane is defined by each of the magnet arrangements which are directed differently, as mentioned, preferably enclosing a 90 ° angle. This results in the possibility of simply reversing the resulting field direction or anisotropy direction by 90 ° in a switching step.
- a highly compact design in which there are identical conditions with respect to the positioning planes for both magnet arrangements, is achieved in that coils of both magnet arrangements are wound on the same core, preferably ring core.
- the substrate holder is preferably designed to accommodate at least one disk-shaped, preferably rectangular or, and particularly preferred, circular substrate.
- the substrate holder may well be designed for receiving a plurality of disc-shaped substrates.
- the magnet arrangement or the two or more magnet arrangements are arranged symmetrically to a center axis through the substrate holder. If the substrate holder is designed to receive a substrate, then it is centered on the holder with respect to the center axis mentioned, a plurality of substrates are mounted on the holder provided, so grouped in an analogous manner centered around the aforementioned axis.
- the substrate holder for receiving at least one disc-shaped substrate having a maximum diameter of at least 100 mm, preferably of at least 150 mm, preferably even 200 mm or even 300 mm.
- the arrangement according to the invention produces in a preferred embodiment in and along the mentioned positioning plane of the substrate holder, in particular along surfaces corresponding to the substrate dimensions just described, a magnetic field with colinear field lines which is at most ⁇ 5 °, preferably at most ⁇ 3 °, preferably at most ⁇ 2 ° deviate from ideal colinearity or parallelism.
- a coating system according to the invention is distinguished by the wording of claim 18. It has an arrangement of the type described above for receiving at least one substrate to be coated in the coating chamber.
- the coating installation in the chamber has at least one sputtering source with a target of magnetic, preferably soft magnetic material.
- a substrate according to the invention with at least one magnetic layer is distinguished by the wording of claim 22.
- the substrate according to the invention has at least two magnetic layers, each with the mentioned magnetic anisotropy, preferably in different directions.
- the inventive method is characterized further in the characterizing part of claim 20.
- Another application of the invention is the magnetic measuring technique, wherein e.g. the magnetic properties of magnetic layers or materials are measured. In many cases, these measurements make it necessary to apply colinear, homogeneous magnetic fields in different directions to the samples to be measured.
- Fig. 1 is shown schematically and in side view, an inventive arrangement for magnetization of thin layers, in minimal configuration.
- the inventive arrangement comprises a substrate holder 1, to which - as shown by dashed lines - curved, in a preferred embodiment but in particular planar substrates 3 are supported.
- the substrate holder 1 defines a positioning plane E for any shaped substrates 3.
- the holder 1 is, in use, part of a vacuum coating chamber 5 with an in Fig. 1 schematically illustrated coating source 7, preferably a sputtering source, in particular a Magnetronsputterario.
- the inventive magnet assembly 8 is provided below the positioning plane E, defined by the substrate holder 1, the inventive magnet assembly 8 is provided. It comprises at least three electromagnets 9 with their coils associated electrical connections, such as in particular Fig. 2 is shown schematically.
- each electromagnet 9a to 9c defines a magnetic dipole, corresponding to D a to D c , which in turn define magnetic dipole axes A a to A c .
- the electromagnets 9 need not necessarily, with their dipole axes A, to lie in a plane, but this is far preferable. Do not lie in a plane, like in Fig. 1 represented, so the influence of different distances to the plane E by the to the respective electromagnet 9 generated magnetic field can be compensated.
- Fig. 3 is a preferred embodiment of the present invention, the magnet assembly 8a and the electromagnets 9 in view according to Fig. 2 represented, in particular for the realization a magnetic anisotropy on a magnetic, for example according to Fig. 1 Sputtered layer, with co-extensive field lines over the whole extent of the substrate, with an angle deviation of ideal parallelism of at most ⁇ 5 °, preferably at most ⁇ 3 °, preferably even at most ⁇ 2 °.
- magnet arrangement comprises an even number of magnets 9, formed by coils on a common ring core 11.
- Z is the center of the magnet arrangement - here the ring core - shown, which, in the coating of centric substrates, in particular circular or rectangular or square, in the in Fig. 1 at M indicated center axis of the substrate 3 is located.
- Fig. 3 how out Fig. 3 can be seen, the coils of the magnets 9 are numbered per quadrant with the numbers 1 to 6. Furthermore, in Fig. 3 the preferred Dipolraumen registered. As can be seen, the even number of total provided electromagnets 9 through a plane E 2 , which contains the axis Z and what in Fig. 3 only the axis A s1 is visible, divided into two groups. Each of the groups, on the one hand the electromagnets 9 contained in the quadrants 1 and 4 and, on the other hand, the magnets 9 contained in the quadrants 2 and 3, generate dipoles with a directional component parallel to the planes E 2 and E (according to FIGS Fig. 1 ), which are rectified at both groups.
- the amounts of the aforementioned dipoles are designed differently large, which is realized by providing different numbers of turns on the coils of the electromagnets 9 and / or by controlling the electromagnetic coils of the same or different numbers of turns with appropriately sized different currents.
- the magnitudes of the magnetic dipoles on the electromagnetic coil groups assigned to the groups are chosen to be mirror-inverted, as can be seen with respect to the plane E 2 and the axis A s1, respectively.
- the coils are numbered as follows: Q x . y . where x is the quadrant number and y is the coil number according to Fig. 3 designated.
- the magnitudes and directions of the magnetic dipoles are at least approximately proportional to the function cos ⁇ .
- the different field strength amounts and thus dipole values at the respective coils can - as mentioned - by providing different numbers of turns on the coils, according to the weighting factors listed in the table, be realized and / or by applying the coils with the weighting factors corresponding currents.
- either coils are selected with the same number of turns and weighting by applying different currents or coils with different numbers of turns, applied with equal currents.
- a mixed form is quite possible.
- FIGS. 4 and 5 Another form of realization is in the FIGS. 4 and 5 shown.
- the switching of the anisotropy direction for example from AN1 to AN2 according to Fig. 3 to realize that on the same core 11 according to Fig. 3 .
- coaxially to the core axis in each case two, if necessary - for more than two switchable anisotropy directions - more than two coils are wound.
- this is in Fig. 5 shown with ring core 11 in cross-section and coil of the set I and coaxially thereto coil of the set II.
- the second principle in its purest form is that of the current weighting for coils with the same number of turns.
- Fig. 7 the coils are supplied via a power distribution electronics 20 with the weighted current values. It must be emphasized that many possibilities open up for the realization of the current switching on the unit 20, and that the in Fig. 7 in analogy to the table weighting factors are intended to be illustrative only.
- the current intensities were realized essentially according to the weighting factors given in the table.
- the distance between the in-plane dipole axes to the coated surface of the flat circular disk substrates was 70 mm.
- the substrates were made of silicon.
- Fig. 9 the section of a further preferred embodiment of the inventive arrangement is shown.
- coils 9 are wound in one of the previously described types on a toroidal core 11.
- flow guide pieces 12 are made of iron according Fig. 10 placed. They each have directed against the center Z flow guide noses 15.
- By providing these flow guide pieces 12 is at otherwise equal currents through the coils 9 reaches a stronger magnetic field, but which also has the desired co-linear anisotropy or coolinear anisotropy distribution.
- the proposed technique makes it possible, in particular, to rotate collinear magnetic fields relative to a substrate without mechanical devices.
- co-linear field regions are achieved, along the most substantial substrate surface areas, and this on large-area substrates or circular-disk-shaped or square-shaped.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung dünner Schichten auf scheibenförmigen Substraten mit einer Substrathalterung für mindestens ein Substrat, die eine Positionierungsebene für das mindestens eine Substrat definiert, und bei der, auf einer Seite der Positionierungsebene, eine Magnetanordnung vorgesehen ist. Dies nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
- Die Erfindung betrifft weiter eine Vakuumbeschichtungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 18, ein Substrat mit mindestens einer magnetischen Schicht nach demjenigen von Anspruch 22, ein Verfahren zur Herstellung von Substraten nach dem Oberbegriff von Anspruch 20 sowie eine Verwendung der Anordnung nach Anspruch 24.
- Bei der Herstellung magnetischer Schichten, z.B. durch Kathodenzerstäuben, ist es oft erwünscht, in diesen Schichten eine magnetische Anisotropie zu erzeugen, welche eine SOLL-Verteilung innerhalb und entlang der Schicht aufweist. Als SOLL-Verteilung wird insbesondere oft eine einachsige, d.h. kolineare magnetische Anisotropie verlangt, deren Richtung in bezug auf das Substrat festgelegt ist.
- Unter einer kolinearen Anisotropie bzw. kolinearen Anisotropie-Verteilung sei verstanden eine magnetische Anisotropie, die entlang eines betrachteten Schichtbereiches gleichgerichtet ist. In diesem Sinne kann auch von einer "Homogenität der Anisotropie" gesprochen werden.
- Dabei sind normalerweise nur kleine Winkelabweichungen der Anisotropierichtung von der vorgegebenen Richtung erlaubt. Eine derartige Anisotropie in der magnetischen Schicht wird dadurch erreicht, dass während der Substratbeschichtung ein entsprechend gerichtetes bzw. ausgerichtetes magnetisches Feld im Beschichtungsbereich zur Wirkung gebracht wird. Die magnetische Anisotropie hat dann, nach der Beschichtung, die Richtung des vormals angelegten Feldes.
- Aus der
DE-OS 196 43 841 - Sollen grössere Substrate beschichtet werden, so wird aufgrund der zwingend exzentrischen Lagerung und Substratträger-Rotation die Trägeranordnung ausserordentlich gross und mechanisch aufwendig. Die Trägergrösse wirkt sich dabei nachteilig aus auf die Beschichtungsrate, beispielsweise mittels Sputterquellen.
- Die Herstellung von Substraten mit Mehrlagen-Schichtsystemen aus eventuell verschiedenen magnetischen Materialien verbunden mit der Forderung, in den verschiedenen magnetischen Schichten unterschiedliche Anisotropie-Verteilungen, insbesondere -Richtungen, zu realisieren, kann mit dieser vorbekannten Anordnung mit ausschliesslich radial gerichteten Magnetfeldern nicht realisiert werden, es sei denn, man positioniere die Substrate jeweils um, um unterschiedliche Anisotropierichtungen an unterschiedlichen Substratschichten zu realisieren.
- Aus der
US-A-5 630 916 ist es bekannt, unterhalb einer Positionierungsebene für Substrate einen Elektromagneten vorzusehen, der sich weit über die Ausdehnung des Substrates erstreckt. Um kolineare Feldlinien im Substratbereich zu erzeugen, muss dabei die Dimension des Elektromagneten deutlich grösser sein als die Substratdimension. Es besteht auch hier keine Möglichkeit, bei Mehrlagenschichten auf dem Substrat den magnetischen Einzelschichten unterschiedliche Anisotropie-Verteilungen, insbesondere -Richtungen, aufzuprägen, ohne dafür das Substrat zwischen den einzelnen Beschichtungsschritten geometrisch zu drehen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, wie bei allen Anordnungen zur Magnetfelderzeugung im Substratbereich, bei denen eine geschlossene Jochplatte eventuell mit Spule unterhalb der Substratebene vorhanden ist, dass es schwierig oder unmöglich ist, mechanische Vorrichtungen z.B. zur Substratbewegung von unten an das Substrat heranzubringen. Solche Vorrichtungen sind aber in modernen Beschichtungsanlagen oft erforderlich, z.B. zum Substrattransport. Gleiche Probleme ergeben sich, wenn das Substrat von unten gekühlt oder geheizt werden soll oder auch zum Anbringen von Messeinrichtungen. - Aus der
DE-OS 43 12 444 DE-OS 196 43 841 - Aus der
EP-A-0 435 838 ist es bekannt, koaxial zu einem Substratträger eine polygonal gewickelte, ebene Spule vorzusehen, womit auf dem zentrisch gelagerten Substrat eine radiale, magnetische Anisotropie erzielt wird. Die bereits oben aufgeführten Nachteile treffen im wesentlichen auch auf diese Anordnung zu. - Aus der
EP-A-0 584 768 ist es weiter bekannt, eine uniaxiale Anisotropie mit kleinen Winkelabweichungen an magnetisch beschichteten, rechteckigen Substraten dadurch zu erzeugen, dass parallele Stabmagnete lateral unterhalb des Substrates angeordnet werden. Auch hier ist ein Wechsel zwischen SOLL-Anisotropie-Verteilungen nicht möglich, es sei denn, wie bei den vorerwähnten, bekannten Vorgehen, durch mechanisches Drehen von Magnetanordnung bezüglich Substrat, was nur mit erheblichem Aufwand realisierbar ist. - Aus der
US-A-4 600 488 ist es weiter bekannt, zwei Spulenpaare zur Erzeugung eines Magnetfeldes seitlich um ein Substrat herum anzuordnen, wobei jedes Spulenpaar eine gemeinsame Spulenachse besitzt, und die Spulenachsen der beiden Spulenpaare senkrecht zueinander in der Positionierungsebene des Substrates liegen. Die Spulenöffnungen erstrecken sich dabei über die Ausdehnung des Substrates hinaus. Bei dieser Lösung wird also versucht durch den Einsatz von grossen Spulen, deren Durchmesser deutlich grösser ist als die Dimension des Substrates, kolineare Magnetfeldlinien möglichst über den gesamten Bereich des Substrates zu erzeugen. Die Ausrichtung des Magnetfeldes kann dabei durch entsprechende Wahl der Spulenströme eingestellt werden. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung bzw. eine Beschichtungsanlage bzw. ein Herstellungsverfahren vorzuschlagen, mittels welchen
- auf einfache Art und Weise eine erwünschte SOLL-Anisotropie-Verteilung an mindestens einer magnetischen Schicht eines Substrates realisierbar ist. Dabei soll insbesondere für die Vakuumbeschichtung eines Substrates mit einer weichmagnetischen Schicht, die erwünschte SOLL-Anisotropieverteilung eine in vorgegebener Richtung kolineare Anisotropie sein;
- ohne mechanische Veränderung der Relativposition von Substrat und Magnetanordnung mehrere auf einem Substrat vorgesehene weichmagnetische Schichten mit unterschiedlichen Anisotropie-Verteilungen, insbesondere -Richtungen, realisiert werden können, indem die zu erzielende Anisotropie-Verteilung bzw. -Richtung einfach eingestellt werden kann;
- grossflächige Substrate mit erwünschter magnetischer Anisotropie-Verteilung beaufschlagt werden können, insbesondere mit einer kolinearen in vorgegebener bzw. vorgebbarer Richtung. Ganz besonders bei grossflächigen Substraten mit den genannten Schichten soll eine sehr gute Kolinearität der Anisotropierichtung, mindestens weitestgehend im gesamten Substratbereich, erreicht werden können.
- Diese Aufgabe wird an der erfindungsgemässen Anordnung dadurch gelöst, dass, dem Wortlaut des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 folgend, die Magnetanordnung mindestens drei Elektromagnete umfasst, deren Dipol-Achsen mindestens genähert parallel zur Positionierungsebene liegen und, senkrecht zur Positionierungsebene betrachtet, eine geschlossene Fläche aufspannen. Dadurch wird es möglich, durch Überlagerung der Felder der Elektromagnete und entsprechender Bemessung und Ausrichtung ihrer Dipole, in der Positionierungsebene bzw. in der entsprechenden magnetischen Schicht eines auf der Substrathalterung gehalterten Substrates ein erwünschtes resultierendes Feldlinienmuster zu realisieren bzw. eine SOLL-Anisotropie-Richtungsverteilung, und diese z.B. für die Beaufschlagung einer zweiten Schicht höchst einfach umzuschalten, wie noch erläutert werden wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung liegen die Dipolachsen in einer Ebene parallel zur Positionierungsebene. Weiter spannen sie, bevorzugt zusätzlich, bevorzugt ein regelmässiges n-Eck auf, wobei weiter bevorzugt mehr als drei Elektromagnete vorgesehen sind, wobei n die Anzahl der Elektromagnete ist.
- Insbesondere mit Blick auf das Bedürfnis, an den erwähnten Schichten eine homogene Verteilung der Anisotropie-Richtung innerhalb möglichst grosser Bereiche der Schicht zu realisieren, diese Anisotropie aber bezüglich ihrer Richtung weiterhin höchst einfach ändern zu können, wird vorgeschlagen, dass eine gerade Anzahl Elektromagnete vorgesehen ist, vorzugsweise eine durch 4 teilbare Anzahl, womit - wie noch zu erläutern sein wird - die Elektromagnete, in Quadranten gruppiert, bezüglich ihrer Dipolrichtungen und Dipolstärken, unter Ausnützung von Symmetrien, optimal gestellt und umgestellt werden können.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Magnetanordnung zwei Elektromagnetgruppen, woran die Elektromagneten wie folgt gerichtete Dipole erzeugen:
- Die Dipole haben - im Sinne von Vektor-Komponenten - erste Komponenten, parallel zur Positionierungsebene und in einer ersten Richtung, die an den Elektromagneten beider Gruppen gleichgerichtet sind.
- Die Dipole haben zweite Komponenten, parallel zur Positionierungsebene und senkrecht zu der ersterwähnten Richtung, die an einer Gruppe invers zu denen der zweiten Gruppte gerichtet sind, also in sich kompensierende Richtungen weisen zwischen den Gruppen.
- Im weiteren sind in bevorzugter Ausführungsform die Elektromagnete durch Spulen gebildet, welche auf einen gemeinsamen, die erwähnte Fläche umschlingenden Magnetkern gewickelt sind, dabei bevorzugterweise auf einen gemeinsamen Ringkern.
- Die Abstimmung der Dipolgrössen bzw. -beträge an den Elektromagneten erfolgt in einer ersten Ausführungsform durch Vorsehen von Spulen, die mindestens teilweise unterschiedliche Wicklungszahlen aufweisen.
-
- Anstelle oder ergänzend zur Einstellung der Dipolgrösse an den vorgesehene Elektromagneten durch Vorsehen von Spulen unterschiedlicher Wicklungszahlen wird in einer zweiten Ausführung vorgeschlagen, dass mindestens ein Teil der Elektromagnete an Stromgeneratoren angeschlossen ist, die die Elektromagnete mit Strömen beschicken, für die gilt:
- Die DC-Stromwerte sind unterschiedlich und/oder
- die AC-Stromamplituden und/oder -phasen sind unterschiedlich.
- Somit kann bei vorgesehenem Satz von Elektromagneten die erwünschte Anisotropie-Verteilung, insbesondere die erwünschte Anisotropie-Richtung, durch Umsteuerung der die Elektromagnetspulen beaufschlagenden Ströme erreicht werden.
- Daraus folgt unmittelbar eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, bei welcher die Elektromagnete an einer Stromgeneratoranordnung angeschlossen sind, woran die Verteilung von Ausgangsströmen zu den Elektromagneten in mindestens zwei unterschiedliche Verteilungszustände umschaltbar ist. Dabei ist es selbstverständlich möglich, mehr als zwei Stromverteilungs-Zustände zu definieren und die Anisotropie-Richtung praktisch in beliebiger Richtung von 0° bis 360° in der Positionierungsebene umzusteuern. Unter Verteilung der Ausgangsströme der Generatoren verstehen wir die Verteilung von DC-Werten bzw. AC-Amplitude bzw. gegenseitiger Phasenlage der Ströme, wie sie an einem vorgegebenen Satz der Elektromagnete erzeugt werden.
- Wenn Spulen der Elektromagnete auf einen gemeinsamen Ringkern gewickelt sind, dabei bevorzugterweise eine gerade Spulenzahl, insbesondere bevorzugt eine durch 4 teilbare Anzahl, und wenn eine Symmetrieebene, die die Achse des Ringkernes enthält, die Spule in zwei Gruppen teilt, wobei Richtungskomponenten der Dipole der Spulen beider Gruppen in Richtung parallel zur erwähnten Symmetrieebene gleichgerichtet sind, so wird bevorzugterweise die Stärke der Dipole mindestens genähert proportional zu einer cosφ-Funktion gewählt, wobei φ der Polarlagewinkel der jeweiligen Spule bezüglich der Achse des Ringkernes ist.
- Läuft man mithin entlang den Spulen einer Gruppe um den Ringkern, so sind wie erwähnt bevorzugt die Beträge der erwähnten Dipole nach der erwähnten cosφ-Funktion ausgelegt. Dadurch wird die Kreisanordnung der Spulen berücksichtigt, mit Blick auf die Erzeugung einer resultierenden kolinearen Anisotropie. Die Anisotropie-Richtung ergibt sich in Richtung der Schnittgeraden der erwähnten Symmetrieebene mit der Positionierungsebene.
- Nun ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch Umschalten der Verteilung von die Spulen durchfliessenden Strömen die Winkellage der erwähnten Symmetrieebene um die Ringkernachse schwenkbar ist in vorgegebene Winkellagen und/oder, im Bereich 0° bis 360°, vorzugsweise in Schritten, frei wählbar.
- Während nämlich die Elektromagnete ortsfest sind, ebenso wie das Substrat auf der Positionierungsebene, ergibt sich durch stromgeführte Umdefinition der erwähnten Symmetrieebene eine Verstellung der resultierenden Anisotropie-Richtung in der Positionierungsebene bzw. am Substrat.
- Um im weiteren rasch von einer bevorzugten SOLL-Anisotropie-Verteilung bzw. -Richtung zu einer andern wechseln zu können, insbesondere von der Erzeugung einer kolinearen Anisotropie in einer ersten Richtung hin zur Erzeugung einer kolinearen Anisotropie in einer anderen und um hiermit, beispielsweise in zwei magnetischen Schichten eines Substrates, erst eine kolineare Anisotropie in der einen, darnach, in der zweiten Schicht, in einer zweiten Richtung, z.B. um 90° gedreht, zu erzeugen, wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei der Magnetanordnungen vorgesehen sind, welche jeweils selektiv in Betrieb genommen werden.
- Dadurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Richtungsumschaltung der Anisotropie-Richtung, hinzukommend zu der oben erwähnten, gemäss welcher diese Änderung an ein und demselben Elektromagnetsatz durch Umsteuerung der dipolerzeugenden Ströme vorgenommen wird. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, ggf. sowohl zwei oder mehr der erwähnten Magnetanordnungen vorzusehen, diese alternativ oder ggf. sogar gemeinsam zu betreiben und hinzukommend die die Dipole an den Elektromagneten der erwähnten Magnetanordnungen erzeugenden Ströme selektiv einzustellen bzw. umzusteuern.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung mit zwei der Magnetanordnungen wird vorgeschlagen, dass bezüglich einer Achse senkrecht zur Positionierungsebene die Magnetanordnungen koaxial angeordnet sind, dabei vorzugsweise gleich sind, aber bezüglich dieser Achse gegenseitig um einen Winkel, vorzugsweise von 90°, verdreht sind. Dadurch wird, insbesondere im Falle der oben definierten Symmetrieebene an einem Ringkern, durch jede der Magnetanordnungen eine Symmetrieebene festgelegt, die unterschiedlich gerichtet sind, wie erwähnt bevorzugterweise einen 90°-Winkel einschliessen. Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die resultierende Feldrichtung bzw. Anisotropie-Richtung einfach in einem Umschaltschritt um 90° umzusteuern.
- Eine höchst kompakte Bauform, bei der zusätzlich bezüglich der Positionierungsebenen für beide Magnetanordnungen identische Verhältnisse herrschen, wird dadurch erreicht, dass Spulen beider Magnetanordnungen auf denselben Kern, vorzugsweise Ringkern, gewickelt sind.
- An der erfindungsgemässen Anordnung ist die Substrathalterung bevorzugterweise zur Aufnahme mindestens eines scheibenförmigen, dabei bevorzugt rechteckförmigen oder, und dies besonders bevorzugt, kreisförmigen Substrates ausgebildet. Dabei kann die Substrathalterung aber durchaus für die Aufnahme mehrerer scheibenförmiger Substrate ausgebildet sein. Jedenfalls ist aber bevorzugterweise die Magnetanordnung oder sind die zwei oder mehr Magnetanordnungen symmetrisch zu einer Zentrumsachse durch die Substrathalterung angeordnet. Ist die Substrathalterung zur Aufnahme eines Substrates ausgebildet, so wird dieses bezüglich der erwähnten Zentrumsachse zentriert an der Halterung vorgesehen, werden mehrere Substrate auf der Halterung vorgesehen, so in analoger Weise um die erwähnte Achse herum zentriert gruppiert.
- Weil mit der erfindungsgemässen Anordnung in der erwähnten Positionierungsebene grossflächig ein kolineares Feldlinienmuster realisierbar ist und daraus entsprechend grossflächig eine kolineare Anisotropieverteilung an der oder den magnetischen Schichten eines Substrates, kann in bevorzugter Ausführungsform die Substrathalterung für die Aufnahme mindestens eines scheibenförmigen Substrates mit einem maximalen Durchmesser von mindestens 100 mm, vorzugsweise von mindestens 150 mm, vorzugsweise gar von 200 mm oder gar von 300 mm, ausgebildet sein.
- Dabei erzeugt die erfindungsgemässe Anordnung in bevorzugter Ausführungsform in und entlang der erwähnten Positionierungsebene der Substrathalterung, insbesondere entlang Flächen entsprechend den eben angegebenen Substratdimensionen, ein Magnetfeld mit kolinearen Feldlinien, die höchstens ± 5°, vorzugsweise höchstens ± 3°, vorzugsweise gar höchstens ± 2° von idealer Kolinearität bzw. Parallelität abweichen.
- Eine erfindungsgemässe Beschichtungsanlage zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 18 aus. Sie weist für die Aufnahme mindestens eines zu beschichtenden Substrates in der Beschichtungskammer eine Anordnung der vorbeschriebenen Art auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtungsanlage in der Kammer mindestens eine Sputterquelle auf mit einem Target aus magnetischem, vorzugsweise weichmagnetischem Material.
- Ein erfindungsgemässes Substrat mit mindestens einer magnetischen Schicht zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 22 aus. Dabei weist das erfindungsgemässe Substrat in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens zwei magnetische Schichten auf mit je der erwähnten magnetischen Anisotropie bevorzugt in unterschiedlichen Richtungen.
- Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich im weiteren nach dem Kennzeichen von Anspruch 20 aus.
- Mit dem erfindungsgemässen Vorgehen lassen sich nicht nur magnetische Anisotropien äusserst exakt kolinear und grossflächig in magnetischen Substratschichten erzeugen, sondern es kann hinzukommend die Richtung dieser Anisotropie höchst einfach geändert werden, so dass an Substraten mit zwei und mehr magnetischen Schichten, jeweils in unterschiedlichen Richtungen, kolineare Anisotropien erzeugt werden können ohne Umpositionierung der Substrate während des Beschichtungsprozesses.
- Die Forderung nach derartigen Substraten mit um 90° verschobenen kolinearen Anisotropien ergibt sich z.B. bei der Herstellung von magnetischen Sensoren, wie sie in sogenannten Dünnschichtköpfen für Festplatten, in der Sensorik des KFZ-Bereiches und in sogenannten MRAMs (Magnetic RAM, siehe z.B. Hubert Brückl, "Non-Volatile Memory", Magnetic Storage Industry Sourcebook, 1999) Verwendung finden. Im weiteren wird die erwähnte Forderung auch bei der Herstellung von Mehrlagen-Schichtsystemen, die nach dem "spin valve"-Prinzip (s. B. Ocker, W. Maass et al., "Spin Valves for High Density", Magnetic Storage) aufgebaut sind, gestellt.
- Eine weitere Anwendung der Erfindung ist die magnetische Messtechnik, bei der z.B. die magnetischen Eigenschaften magnetischer Schichten oder Werkstoffe vermessen werden. Bei diesen Messungen ist es in vielen Fällen nötig, kolineare, homogene Magnetfelder in verschiedenen Richtungen an die zu messenden Proben anzulegen.
- Das im oben erwähnten Zusammenhang erfindungsgemäss realisierte Vorgehen eignet sich somit gemäss erfindungsgemässer Verwendung für alle Einsatzzwecke, wo in einer bestimmten Ebene grossflächig eine bestimmte Magnetfeldverteilung erwünscht ist, dabei insbesondere wiederum eine homogene, kolineare Feldverteilung über grössere Flächenbereiche, wobei hierfür die genannte Ebene anstelle der obengenannten Positionierungsebene definiert wird.
- Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- Schematisch und in Minimalkonfiguration, eine erfindungsgemässe Anordnung zur Realisation des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens der erfindungsgemässen Substrate;
- Fig. 2
- schematisch, in Aufsicht, die Anordnung nach
Fig. 1 ; - Fig. 3
- in Aufsicht analog zur Darstellung von
Fig. 2 , eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung für die Erzeugung grossflächiger, kolinearer Magnetfelder und damit -Anisotropien, selektiv Richtungs-umschaltbar; - Fig. 4
- schematisch, die elektrische Beschaltung der Spulen an der Anordnung gemäss
Fig. 3 bei gleicher Strombeaufschlagung unterschiedlich gewickelter Spulen; - Fig. 5
- im Querschnitt, die Spulenanordnung bei Realisation nach
Fig. 4 , mit selektiv in Betrieb zu nehmenden Spulensätzen; - Fig. 6
- in einer Abwicklungsdarstellung, im Querschnitt, die Wicklungsverhältnisse an Spulen bei der Realisation nach den
Fig. 4 und5 für die Richtungsumschaltung der realisierten Anisotropie; - Fig. 7
- schematisch, die Realisation der Anordnung nach
Fig. 3 , mit Stromumschaltung zu den Spulen für Richtungswechsel der realisierten Anisotropie; - Fig. 8
- an einem kreisscheibenförmigen, weichmagnetisch beschichteten Substrat die erfindungsgemäss realisierte magnetische Anisotropie, dargestellt an der einen Hälfte des Substrates;
- Fig. 9
- einen Ausschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, und
- Fig. 10
- den Querschnitt eines bevorzugt ausgeformten, an der Anordnung gemäss
Fig. 9 eingesetzten Flussführungsstückes. - In
Fig. 1 ist, schematisch und in Seitensicht, eine erfindungsgemässe Anordnung zur Magnetisierung dünner Schichten dargestellt, in Minimalkonfiguration. In Aufsicht ist die Anordnung inFig. 2 dargestellt. Die erfindungsgemässe Anordnung umfasst eine Substrathalterung 1, woran - wie gestrichelt dargestellt - gebogene, in bevorzugter Anwendungsform aber insbesondere plane Substrate 3 gehaltert werden. Jedenfalls definiert die Substrathalterung 1 eine Positionierungsebene E für wie auch immer geformte Substrate 3. Die Halterung 1 ist dabei, im Einsatz, Teil einer Vakuumbeschichtungskammer 5 mit einer inFig. 1 schematisch dargestellten Beschichtungsquelle 7, bevorzugt einer Sputterquelle, insbesondere einer Magnetronsputterquelle. - Unterhalb der Positionierungsebene E, definiert durch die Substrathalterung 1, ist die erfindungsgemässe Magnetanordnung 8 vorgesehen. Sie umfasst mindestens drei Elektromagnete 9 mit den ihren Spulen zugeordneten elektrischen Anschlüssen, wie insbesondere in
Fig. 2 schematisch dargestellt ist. - Gemäss
Fig. 2 definiert jeder Elektromagnet 9a bis 9c einen magnetischen Dipol, entsprechend Da bis Dc, welch letztere wiederum magnetische Dipol-Achsen Aa bis Ac definieren. Wie sich ausFig. 1 ohne weiteres ergibt, brauchen die Elektromagnete 9 nicht zwingend, mit ihren Dipol-Achsen A, in einer Ebene zu liegen, was aber weitaus bevorzugt ist. Liegen sie nicht in einer Ebene, wie inFig. 1 dargestellt, so kann durchaus der Einfluss unterschiedlicher Abstände zur Ebene E durch das an den jeweiligen Elektromagneten 9 erzeugte Magnetfeld kompensiert werden. - Wie in
Fig. 2 aber ersichtlich, umranden die Dipol-Achsen A der vorgesehenen Elektromägnete 9 in Aufsicht auf die Positionierungsebene E jedenfalls eine in sich geschlossene Fläche F. - Ausgehend von der Minimalkonfiguration nach
Fig. 1 werden bevorzugterweise - mehr als drei Elektromagnete vorgesehen, bei deren Anzahl n, die Dipol-Achsen A1-n, in der Ansicht gemäss
Fig. 2 ein n-Eck, vorzugsweise ein regelmässiges n-Eck, aufspannen. - Im weiteren werden die Elektromagnete jeweils durch Spulen gebildet, welche gemeinsam auf einen die Fläche F gemäss
Fig. 2 umschlingenden Magnetkern, dabei bevorzugt Ringkern, gewickelt sind. - Obwohl die
Figuren 1 und 2 im Zusammenhang mit der Realisation einer erwünschten Anisotropie-Verteilung, insbesondere einer kolinearen, an einer oder mehreren magnetischen Schichten eines Substrates erläutert worden sind, geht ohne weiteres insbesondere für den Fachmann hervor, dass Bedingung der Realisation einer derartigen Anisotropie-Verteilung ist, in der Ebene E eine entsprechende Magnetfeldverteilung, insbesondere eine kolineare homogene Magnetverteilung, zu erzielen. Damit kann nun diese und die nachfolgend beschriebene Vorrichtung überall dort eingesetzt werden, wo entsprechend grossflächig - wie noch zu erläutern sein wird - eine homogene kolineare Magnetfeldverteilung in einer Ebene entsprechend E erwünscht ist, welche bezüglich ihrer Richtung auf einfache Art und Weise eingestellt werden kann. - In
Fig. 3 ist eine bevorzugte Realisationsform der erfindungsgemässen Magnetanordnung 8a bzw. deren Elektromagnete 9 in Ansicht gemässFig. 2 dargestellt, insbesondere für die Realisation einer magnetischen Anisotropie an einer magnetischen, beispielsweise gemässFig. 1 aufgesputterten Schicht, mit weitgehendst über die ganze Substratausdehung kolinearen Feldlinien, mit einer Winkelabweichung von idealer Parallelität von höchstens ± 5°, vorzugsweise von höchstens ± 3°, vorzugsweise gar von höchstens ± 2°. - Die in
Fig. 3 dargestellte Magnetanordnung umfasst eine gerade Anzahl Magnete 9, gebildet durch Spulen auf einem gemeinsamen Ringkern 11. Mit Z ist das Zentrum der Magnetanordnung - hier des Ringkernes - dargestellt, welches, bei der Beschichtung von zentrischen Substraten, wie insbesondere kreisförmiger oder rechteckförmiger bzw. quadratischer, in der inFig. 1 bei M angedeuteten Zentrumsachse des Substrates 3 liegt. - Werden an der Substrathalterung 1 gemäss
Fig. 1 mehr als ein Substrat angeordnet, so bevorzugterweise zentrisch um die Achse M und entsprechend, mit Blick aufFig. 3 , um die Achse Z gruppiert. - Wie aus
Fig. 3 ersichtlich, sind die Spulen der Magnete 9 pro Quadrant mit den Nr. 1 bis 6 durchnumeriert. Im weiteren sind inFig. 3 die bevorzugt eingesetzten Dipolrichtungen eingetragen. Wie ersichtlich, wird die gerade Anzahl gesamthaft vorgesehener Elektromagnete 9 durch eine Ebene E2, welche die Achse Z enthält und wovon inFig. 3 lediglich die Achse As1 ersichtlich ist, in zwei Gruppen geteilt werden. Jede der Gruppen, nämlich einerseits der in den Quadranten 1 und 4 enthaltenen Elektromagnete 9 sowie, anderseits, der in den Quadranten 2 und 3 enthaltenen Magnete 9, erzeugen Dipole mit einer Richtungskomponente parallel zu den Ebenen E2 und E (gemässFig. 1 ), welche an beiden Gruppen gleichgerichtet sind. - Dipol-Richtungskomponenten senkrecht zur erwähnten, also in Richtung AN2 gemäss
Fig. 3 , d.h. senkrecht zur Ebene E2 sind aber in der einen Gruppe G41, für die Quadranten 1 und 4 invers zu den entsprechenden Richtungskomponenten der Dipole in der Gruppe G32 mit den Quadranten 2 und 3 gerichtet. Im weiteren werden die Beträge der erwähnten Dipole unterschiedlich gross ausgelegt, was durch Vorsehen unterschiedlicher Windungszahlen an den Spulen der Elektromagnete 9 und/oder durch Ansteuerung der Elektromagnetspulen gleicher oder unterschiedlicher Windungszahlen mit entsprechend bemessenen unterschiedlichen Strömen realisiert wird. In der inFig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die Beträge der magnetischen Dipole an den Gruppen zugeordneter Elektromagnetspulen wie ersichtlich bezüglich der Ebene E2 bzw. der Achse As1 spiegelbildlich gewählt. -
- Normiert auf den Betrag der geringsten Spulenfeldstärke in einem Quadranten sind in der nachfolgenden Tabelle - für die Erzeugung einer Anisotropie in Richtung φ = 0°, d.h. in Richtung von AN2 in
Fig. 3 sowie für eine diesbezüglich um 90° gedrehte Anisotropie-Richtung, gemäss AN1 - die pro Spule zu erzeugenden Feldstärke-Beträge bzw. Dipolstärken zusammengestellt. - Bevorzugterweise werden die Beträge und Richtungen der magnetischen Dipole, mit φ als polarer Ortskoordinate der jeweiligen betrachteten Elektromagnetspule, mindestens genähert proportional zur Funktion cosφ ausgelegt.
- Die unterschiedlichen Feldstärke-Beträge und damit Dipol-Werte an den jeweiligen Spulen können - wie erwähnt - durch Vorsehen unterschiedlicher Wicklungszahlen an den Spulen, entsprechend den in genannter Tabelle zusammengestellten Gewichtungsfaktoren, realisiert werden und/oder durch Beaufschlagung der Spulen mit den Gewichtungsfaktoren entsprechenden Strömen. Bevorzugterweise werden entweder Spulen mit gleichen Windungszahlen und Gewichtung durch Beaufschlagung mit unterschiedlichen Strömen gewählt oder Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen, beaufschlagt mit gleichen Strömen. Eine Mischform ist aber durchaus möglich.
Tabelle 1 Quadrant Nr. Spulen Nr. Anisotropie-Richtung bei φ = 0° Anisotropie-Richtung bei φ = 90° Q11 = Q21 = Q31 = Q41 1 7,56 Q12 = Q22 = Q32 = Q42 2,92 7,05 Q13 = Q23 = Q33 = Q43 4,65 6,05 Q14 = Q24 = Q34 = Q44 6,05 4,65 Q15 = Q25 = Q35 = Q45 7,05 2,92 Q16 = Q26 = Q36 = Q46 7,56 1 - Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, dass durch Umsteuerung der die Spulen der Elektromagnete 9 beschickenden Ströme die Lage der Ebene E2 gemäss
Fig. 3 gedreht werden kann. Erfolgt beispielsweise die Gewichtung der Dipole durch entsprechende Strombemessung so, dass für die erwähnte cosφ-Funktion der Nullwinkel bei φ2 liegt, ergibt sich eine entsprechende Dipol-Polaritätsumkehr an den Spulen Q25, Q26 und Q46, Q45, mit dem Ergebnis einer Schwenkung der Richtung des kolinearen Feldes und damit auch der erzeugten kolinearen Anisotropie um φ2. Durch Umsteuerung der die Spulen ansteuernden Stromgeneratoren kann die erwähnte Richtung in einzelnen, vorgewählten Schritten oder, von Spule zu Spule inkrementell, von 0° bis 360° bezüglich der Achse Z elektrisch umgesteuert werden. - Eine weitere Realisationsform ist in den
Figuren 4 und5 dargestellt. - Bei dieser Realisationsform ist die Umschaltung der Anisotropie-Richtung, beispielsweise von AN1 auf AN2 gemäss
Fig. 3 , dadurch zu realisieren, dass auf denselben Kern 11 gemässFig. 3 , bevorzugterweise koaxial zur Kernachse, jeweils zwei, ggf. - für mehr als zwei umschaltbare Anisotropie-Richtungen - mehr als zwei Spulen gewickelt werden. Schematisch ist dies inFig. 5 dargestellt, mit Ringkern 11 im Querschnitt und Spule des Satzes I und koaxial hierzu Spule des Satzes II. - Die Wicklungszahlen für die Spulen und deren Beschaltung ergeben sich aus
Fig. 4 - In
Fig. 6 ist dies schematisch für einen der Quadranten dargestellt. Die in obiger Tabelle angegebenen Gewichtungsfaktoren sind auch hier eingetragen. - Das zweite Prinzip in Reinform ist dasjenige der Stromgewichtung bei Spulen mit gleicher Wicklungszahl.
- Gemäss
Fig. 7 werden in diesem Fall die Spulen über eine Stromverteilelektronik 20 mit den gewichteten Stromwerten versorgt. Es muss betont werden, dass sich für die Realisation der Stromumschaltung an der Einheit 20 dem Fachmann viele Möglichkeiten eröffnen, und dass die inFig. 7 in Analogie zu der Tabelle aufgeführten Gewichtungsfaktoren nur erläuternden Charakter haben sollen. - Bei diesem Vorgehen ist die Umschaltung von der Erzeugung der einen Anisotropie-Richtung, beispielsweise AN1, zur zweiten, beispielsweise AN2 gemäss
Fig. 3 , ohne einen zweiten Spulensatz vorsehen zu müssen einfach, indem lediglich die Spulenströme umgeschaltet werden. - Anstelle von sechs Spulen pro Quadrant können selbstverständlich je nach Anforderungen an die zu erzielende Genauigkeit der IST-Anisotropie-Verteilung bezüglich einer vorgegebenen SOLL-Anisotropie-Verteilung mehr oder weniger Spulen vorgesehen werden.
- Mit der in
Fig. 3 dargestellten Anordnung, dimensioniert nach der Tabelle und mit Aussendurchmesser θ = 450 mm, wurden kreisscheibenförmige Substrate mit Durchmesser θs = 150 mm und θs = 200 mm während der Herstellung einer Schicht aus Permalloy magnetisiert. Es wurden Spulen gleicher Wicklungszahl eingesetzt, mit unterschiedlichen Stromstärken und Stromrichtungen in den Einzelspulen. - Die Stromstärken wurden im wesentlichen gemäss den in der Tabelle angegebenen Gewichtungsfaktoren realisiert. Der Abstand zwischen den in einer Ebene liegenden Dipolachsen zu der beschichteten Oberfläche der planen kreisscheibenförmigen Substrate betrug 70 mm. Die Substrate bestanden aus Silizium.
- In
Fig. 8 ist die gemessene Richtung der Feldlinien als Funktion des Ortes dargestellt. Entsprechend ergibt sich eine für Substrate mit θs = 150 mm eine maximale Abweichung der Anisotropie-Richtung von der SOLL-Richtung von höchstens ± 1°. - Für θs = 200 mm-Substrate wird die maximale Abweichung höchstens ± 3°.
- In
Fig. 9 ist der Ausschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung dargestellt. Dabei sind Spulen 9 in einer der bis anhin beschriebenen Arten auf einen Ringkern 11 gewickelt. Zwischen den Spulen 9 sind Flussführungsstücke 12 aus Eisen gemässFig. 10 aufgesetzt. Sie weisen jeweils gegen das Zentrum Z gerichtete Flussführungsnasen 15 auf. Durch Vorsehen dieser Flussführungsstücke 12 wird bei ansonsten gleichen Strömen durch die Spulen 9 ein stärkeres Magnetfeld erreicht, welches aber ebenfalls die erwünschte kolineare Anisotropie bzw. kolineare Anisotropie-Verteilung aufweist. - Durch die vorgeschlagene Technik wird es möglich, insbesondere kolineare Magnetfelder relativ zu einem Substrat ohne mechanische Vorrichtungen zu drehen. An Substraten werden kolineare Feldbereiche erzielt, entlang der wesentlichsten Substratflächenbereiche, und dies an grossflächigen Substraten oder kreisscheibenförmigen bzw. quadratischen.
Claims (25)
- Anordnung zur Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung magnetischer Schichten auf scheibenförmigen Substraten mit• einer Substrathalterung (1) für mindestens ein Substrat (3), die eine Positionierungsebene (E) für das mindestens eine Substrat definiert,• einer Magnetanordnung auf einer Seite der Positionierungsebene (E),dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung mindestens drei Elektromagnete (9) umfasst, deren Dipol-Achsen (A) mindestens genähert parallel zur Positionierungsebene (E) liegen und, senkrecht zur Positionierungsebene betrachtet, eine geschlossene Fläche (F) aufspannen.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipol-Achsen (A) ein vorzugsweise regelmässiges n-Eck als Fläche (F) aufspannen und/oder vorzugsweise in einer Ebene parallel zur Positionierungsebene (E) liegen, dabei weiter vorzugsweise mehr als drei Elektromagnete vorgesehen sind, wobei n die Anzahl Elektromagnete (9) ist.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gerade Anzahl Elektromagnete (9) vorgesehen ist, vorzugsweise eine durch 4 teilbare Anzahl.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung zwei Elektromagnetgruppen umfasst, woran Elektromagnete je wie folgt gerichtete Dipole erzeugen:• die Dipole haben erste Komponenten, parallel zur Positionierungsebene und in einer ersten Richtung, die bei beiden Gruppen gleichgerichtet sind,• die Dipole haben zweite Komponenten, parallel zur Positionierungsebene und in zur ersten senkrechter Richtung, die bei der einen Gruppe invers zu denjenigen der zweiten Gruppe gerichtet sind.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (9) durch Spulen gebildet sind, gewickelt auf einem gemeinsamen, die Fläche (F) umschlingenden Magnetkern (11), vorzugsweise Ringkern.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete (9) durch Spulen gebildet sind, die mindestens teilweise unterschiedliche Wicklungszahlen aufweisen.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Elektromagnete an Stromgeneratoren angeschlossen sind, die die Elektromagnete mit Strömen beschicken, für die gilt• DC-Werte sind unterschiedlich und/oder• AC-Amplituden und/oder Phasen sind unterschiedlich.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete an einer Stromgeneratoranordnung angeschlossen sind, woran die Verteilung von Ausgangsströmen zu den Elektromagneten in mindestens zwei unterschiedliche Verteilungs-Zustände umschaltbar ist.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete Spulen auf einem gemeinsamen Ringkern umfassen, vorzugsweise eine gerade Anzahl, insbesondere bevorzugt eine durch vier teilbare Anzahl, und dass eine Symmetrieebene, die die Achse (Z) des Kernes enthält, die Spulen in zwei Gruppen teilt, wobei erste Richtungskomponenten der Dipole der Spulen beider Gruppen in Richtung parallel zur Symmetrieebene gleichgerichtet sind und zweite Richtungskomponenten der Dipole zu den ersten Richtungskomponenten senkrecht stehen, wobei die zweite Richtungskomponenten bei der einen Gruppe von Spulen invers zu denjenigen der zweiten Gruppe von Spulen gerichtet sind, und die Dipole eine Stärke aufweisen mindestens genähert proportional zu cosφ, wobei φ der Polarlage-Winkel einer jeweiligen Spule bezüglich der Achse (Z) des Ringkernes ist.
- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch Umschalten der Verteilung von die Spulen durchfliessenden Strömen die Winkellage der Symmetrieebene um die Achse (Z) schwenkbar ist in vorgegebene Winkellagen und/oder im Bereich 0° - 360° in Schritten frei wählbar.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Magnetanordnungen umfassend je einen Elektromagnet- resp. Spulensatz (I, II) vorgesehen sind.
- Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Achse senkrecht zur Positionierungsebene die Elektromagnet- resp. Spulensätze (I, II) koaxial angeordnet sind, vorzugsweise gleich sind und bezüglich der Achse (Z) gegenseitig um einen Winkel, vorzugsweise von π/2, verdreht sind, betrachtet in einer Ebene senkrecht zur Achse.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Spulen beider Magnetanordnungen auf denselben Kern, vorzugsweise Ringkern, gewickelt sind.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalterung (1) zur Aufnahme mindestens eines scheibenförmigen, vorzugsweise rechteckförmigen oder - und besonders bevorzugt - kreisförmigen Substrates ausgebildet ist und vorzugsweise die Magnetanordnung oder die Magnetanordnungen symmetrisch zu einer Zentrumsachse durch die Substrathalterung angeordnet ist bzw. sind.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalterung (1) für die Aufnahme mindestens eines scheibenförmigen Substrates mit einem maximalen Durchmesser von mindestens 100 mm, vorzugsweise von mindestens 150 mm, vorzugsweise gar von 200 mm oder gar von 300 mm, ausgebildet ist.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Magnetanordnung in und entlang der Positionierungsebene (E) der Substrathalterung ein kolineares Magnetfeld erzeugt mit Feldlinien, die höchstens ± 5°, vorzugsweise höchstens ± 3°, vorzugsweise gar höchstens ± 2° von idealer Parallelität abweichen.
- Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Beschichtungskammer (5), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für die Aufnahme mindestens eines zu beschichtenden Substrates (3) in der Kammer (5) vorgesehen ist.
- Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kammer (5) mindestens eine Sputterquelle (7) vorgesehen ist mit einem Target aus magnetischem, vorzugsweise weichmagnetischem Material.
- Verfahren zur Herstellung von Substraten mit mindestens einer Schicht aus weichmagnetischem Material sowie einer SOLL-Verteilung der magnetischen Anisotropie in der Schicht, bei dem man während dem Aufbringen der Schicht diese dem Magnetfeld einer Elektromagnetanordnung aussetzt, dadurch gekennzeichnet, dass man, ausgehend von einer erwünschten SOLL-Verteilung der magnetischen Anisotropie, das Magnetfeld mittels einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 erzeugt.
- Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man die gewünschte SOLL-Anisotropie-Verteilung durch Einstellung der die Elektromagnete je durchfliessenden Ströme und/oder durch Aktivieren von Elektromagnetspulen mit bestimmten Windungszahlen einstellt.
- Kreisförmiges Substrat mit mindestens einer magnetischen Schicht und mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm bzw. wobei gar von mindestens 300 mm, wobei die magnetische Schicht eine kolineare magnetische Anisotropie-Richtung hat mit einer Winkelabweichung von höchstens ± 5°, vorzugsweise von höchstens ± 3°, insbesondere von höchstens ± 2°, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 20 oder 21 hergestellt ist.
- Substrat, vorzugsweise kreisförmig, mit einem maximalen Durchmesser von mindestens 100 mm, vorzugsweise von mindestens 150 mm, insbesondere bevorzugt von mindestens 200 mm bzw. gar von 300 mm, versehen mit mindestens zwei übereinanderliegenden magnetischen Schichten, wobei die magnetischen Schichten je eine kolineare magnetische Anisotropie-Richtung aufweisen je mit einer Winkelabweichung von höchstens ± 5°, vorzugsweise von höchstens ± 3°, insbesondere von höchstens ± 2°, wobei bevorzugterweise die Anisotropien der Schichten verschiedene Richtungen haben, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 20 oder 21 hergestellt ist.
- Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Erzeugung eines kolinearen Magnetfelds in einer vorgegebenen Ebene, wobei man anstelle der Positionierungsebene die vorgegebene Ebene setzt.
- Verwendung nach Anspruch 24 zu Messzwecken.
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